12月12日太阳活动与人类生存环境汪景琇-第3章
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这是我们太阳周的情况，太阳周的时候每11年，太阳黑子的数目和面积从最多到最小。现在开始的太阳周是第23太阳活动，那么它极小年在1996年，极大年可能是在2000年附近。这是著名的蝴蝶图，这是孟德尔天文学家他发现的，用蝴蝶图的方式来描述太阳黑子出现和迁移的过程，是最客观也最容易。那么在一个太阳周开始的时候，就是太阳低年附近，太阳黑子会在高纬南北30度以外的地方出现，然后逐渐太阳黑子的活动带向极区迁移，最后到达极区，这是太阳周。那么注意到跟太阳黑子的活动周相应，我们地磁活动也有复杂的11年周期，那么11年来，太阳还有总亮度的变化。大家注意到，这是太阳极大的时候到极小的时候，它的总亮度变化虽然不大，但是这个变化对人类的生存环境却有重要的影响。这还是我们看到的2000年7月14号耀斑爆发的情形，那么我们注意到，它所对应的太阳表面的磁场演化。
这是我们国家怀柔太阳观测站，所观测到的太阳向量磁场演化的情形。目前为止，我们国家的怀柔太阳观测站，仍然保留了世界上最好的太阳磁场观测。大家看到，那么导致这次重要日冕物质抛射的太阳磁场演化，是非常复杂的。大家注意到，这里有大范围的磁通量消失过程，这个地方也有大范围的磁通量消失过程。另外，这个地方我们注意到磁场的走向，扭转到跟磁场的极性反变线完全平行的情形，这种情形在太阳物理上被称为磁剪切。它孕育了大量的磁能，这是我们看到的，这是日冕物质抛射的情形，刚才我已经解释过了。现在大家看到的是属于雪花暴，那么大家看到这次从日冕物质到雪花暴发生，只有不到20分钟的时间，大家注意到这次粒子抛射到地球的时间，可以用零点几倍的光速粒子传输速度来解释。所以这次爆发产生了高能粒子，粒子在短时间内被加速到相对论水平。现在我们回到另外一个问题，就是太阳活动对人类生存环境到底有什么影响。
大家看到这是我们的太阳，这是日冕物质抛射，太阳可以影响地球的气候和天气过程，可以影响地磁暴，可以影响农业，可以影响供电系统。那么几类主要的空间活动，我给大家罗列一下，一个是电磁辐射，电磁辐射是通过耀斑X射线和紫外辐射，通过对电离层的影响，另外日冕物质抛射造成的高能粒子，它会把地球的磁层压到地球同步轨道之内，增强地球的辐射带，导致磁暴和磁亚暴，使得卫星受到损伤。那么本次太阳周以来，已经有两个耗费两亿美金的卫星，因为日冕物质抛射被报废，那么地磁暴可以影响供电系统的安全，极光的亚暴的电流，可直接影响宇航和航空的安全，包括危及宇航员和飞越极区乘客的安全。有的时候航空公司为了省钱，它经常把轨道设计得穿越极区，可穿越极区的时候，太阳爆发的时候，会使得乘客受到辐射性的污染，会对乘客的安全受到影响。那么地球同步轨道处的低能电子，它可以持续数天到数周，这种电子在空间物理上被称为杀伤电子，它可以使卫星整个报废。我们看看太阳通过粒子、磁场、辐射这三个不同的方式，影响我们地球的环境，大家看到这是模拟的一个日冕物质抛射的情形，快的日冕物质抛射大概两天到达地球，如果慢的日冕物质抛射，要花四天半的时间到达地球。这是同步轨道处的卫星，这个卫星会在日冕物质抛射和高能粒子的轰击下，甚至于造成卫星整个的失效。这是我们看到的磁层，地球的磁层对日冕物质抛射的响应过程，当日冕物质抛射过来的时候，它压破磁层的磁层顶，大家看到压破磁层顶，粒子会使得磁层受到损害，那么太阳风和太阳磁场能量会通过磁尾，来返到地球极区，造成了美丽的极光带，这是大家知道的极光，极光是一种非常漂亮的现象，有的时候极光会影响地球。大家看到这是从空间观测的北极光，我不知道同学地理知识怎么样，大家能不能看到这是美国，这是美国各个州，大家看到极光整个影响了美国的很大一部分地区，包括美国的亚利桑那州，大家看到亚利桑那州被极光覆盖，加利福尼亚州也被极光覆盖。这是我们国家，我们国家只有最北部，漠河和中蒙边界受到一点极光的影响，大家知道极光代表高能粒子，当看到极光影响的时候，大家就注意到，高能粒子穿透了这部分大气，所以造成了中性大气发光，这叫做极光。1989年3月份的太阳活动现象，第一次造成这种极光影响低纬度的情形，当时影响了美国。那么什么是极光？实际上极光就是地球辐射带在极区的足点，这是在我们国家的南极中山站所观测到美丽的极光，下面就是南极中山站，大家看到夜色中的南极中山站，是非常美丽，这是地球的辐射带，辐射带里有高能的电子和质子，辐射带好像一个面包圈一样，环绕着地球，它的足点正好是在地球的两极。
当一个卫星在辐射带里的时候，它会充电，大家看到它表面充电，充电多了之后会造成击穿，卫星被击穿之后，它的姿势控制就改变了，姿势控制改变它偏离了太阳，所以没有太阳能，整个卫星变成一个死星，变成一个空中的垃圾。这个时候同学们的手机可能会出现麻烦，因为大家知道手机是通过卫星来传输的，那么整个这次太阳周一个日冕物质抛射的时候，使美国一个卫星整个失效，四千五百万手机用户受到损失。除了这个之外，变电系统由于地磁场迅速地变化，可以使得变电系统出现高压脉冲，整个变压器被烧掉，这时候会使得供电系统不能正常工作。我只想给大家介绍一下，1989年3月的空间天气事件造成了什么危害，我希望大家注意，它使短波无线电通讯中断了约两周，这是1989年3月事件，短波通讯不能再进行，它使得LORAN的全球导航系统，在3月6号到13号无法正式导航，这样你的远洋巨轮会跟你的总部失去联系，你会不知道你的远洋巨轮在什么位置，美国海军导航系统在全球范围内失效，电离层在50MHz以下看不见，没有电离层，所以严重损害了通讯和警察部门的无线电系统，那么空间观测的VLBI系统出现了强的信号，这个信号不是真实的信号，GPS全球定位系统失效，然后加拿大的魁北克省全省停电9个小时，整个损失的美元是数以亿计的美元损失掉。因为一个现代化的都市，9个小时停电是不可思议的。然后瑞典的中部电网不得不关闭，美国局部供电出现故障，东京电力公司变压器被毁，美国核电站出现安全问题，澳大利亚输油管道受损伤，大西洋和太平洋海底电缆出现高压脉冲。
然后我想稍稍提到太阳物理中有很多重大的科学问题。其中比较有名的是中微子问题，大家知道太阳观测的中微子，只是理论值的三分之一到二分之一。1968年以来，中微子的观测，一直到1990年之后，加拿大和意大利的中微子观测，都证实了这个结论。在历史上大家知道，中国是最早有黑子记录的国家，大家看到是公元前28年，关于太阳黑子的记录，当时讲“日出黄，有黑气大如钱，居日中央”。然后到（20世纪）20年代，我们国家自然科学的先驱者高平子先生，这是他1925年手描的黑子记录。这是我们国家的太阳磁场望远镜，这是艾国祥院士和他的同事对于中国太阳物理界、对中国的天文界所做出的巨大贡献。
我们现在国家的重点基础研究项目，叫做太阳剧烈活动空间灾害天气项目也正式立项，投入工作。相信中国这样一个伟大的国家，应该在自然科学各个领域做出贡献，包括在太阳物理界做出自己无愧于我们伟大国度和我们伟大民族的贡献。
汪老师您好！非常感谢您给我们精彩的讲座。我们从您的讲座中也学到了很多丰富的天文知识，有关太阳的，可是您刚才讲的是有关太阳的问题，只是给我们造成很大的危害，请问我们如何去防御好像您刚才没讲得太多，我想问一下这方面，能否给我们简单介绍一下。
太阳不只是对大家造成很多危害，太阳这个特殊的环境和日地环境，孕育了我们人类本身和孕育了这种智慧的生命。所以我在开始讲到了，没有太阳的话，就没有世界上的万物，也没有我们的地球环境，但是我们更希望了解，太阳可能在怎样的程度上影响人类的生存、影响我们人类社会，这是因为人类越来越走向了空间这样一个时代，所以人类对空间的依赖越来越重。但是你想，现在不只是说通讯、新闻媒介，包括大概银行帐户的支取，都通过卫星来实现，所以一旦卫星故障的时候，这种影响不可思议。那么怎么来解决它呢？首先我们要理解它，要知道它怎么发生的，只有理解它才能够预报它，刚才有一位老师就是做太阳预报的，你理解它的物理你就能预报它，预报它了之后是不是人类有能力、有这么大能量来跟太阳抗衡，来解决它呢？显然我们没有这么大能力，但是我们可以解决问题，怎么解决问题呢？我们可以让我们的卫星事先让它休眠起来、关闭起来，不让卫星的要害部件受到损伤，在历史上就是这个太阳周，就有一次这样的事件，由于预报得非常好，所以一些主要的卫星系统，就把它关闭起来、休眠起来，等太阳风暴过去之后，我们再把它打开，要不然一个耗资数亿美元的卫星整个损伤掉了，这样就很可怕，所以太阳预报问题变得非常重要，要预报它，你要了解它、你要研究它。
汪老师您好！我有一个问题，就是刚才在您的讲座中，我注意到您讲了很多太阳活动对人类的影响，这个影响好多是负面方面的，我想知道这个太阳活动有没有说对人类的影响是正面的，或者对人类有利的因素。
我们知道太阳以自己的光热，来孕育了人类社会，这就是所谓的太阳常数。太阳常数很稳定，在世纪内变化只有千分之一到千分之二，你的问题提出了一个非常重要的问题，就是说在宇宙当中，是否有其他的环境，那么这类活动现象，正好是人类可以容忍的程度，或者对人类的发育生长正好有利的程度，现在我们注意到的太阳活动，还没有人注意到，说太阳活动哪些会是有利的方面，这个显然是有的，比如太阳活动，它通过太阳活动把高能粒子带了过来，高能粒子又通过磁尾到了极区，这些高能粒子对地球的光化学过程，各方面过程有没有影响，它是否也是电离层本身运转的必须的一部分能源，才使电离层能够存在，很值得琢磨的就是电离层，电离层是什么层次呢？它是整个中性大气被电离了这样一个层次，如果没有太阳X射线和紫外辐射，有电离层吗？可能没有电离层，那么短波无线电通讯怎么做呢？你们是学无线电的就知道了，短波无线通讯跟长波不一样，长波通过地面传播，大气、海洋哪都能传播，它波长很长，它可以绕过所有的建筑物，可是短波无线通讯，包括电视信号，有的时候它波长非常短，它见硬就回，它必须通过电离层，它传到电离层反射过来。所以每个电台的短波无线电，它的频率都是设计好的，根据它电离层的模型，所以我猜
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